DE4105199A1 - Brennkraftmaschine mit einem waermetraegerkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Wärmeträgerkreislauf, mit einem Kühler und einer Heizein­ richtung, mit einer Fördervorrichtung und einem Aus­ gleichsbehälter, wobei der Wärmeträgerkreislauf bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine in der Heizein­ richtung Wärme aufnimmt und zunächst im wesentlichen nur den Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf und erst nach dessen Erwärmung auch das Brennkraftmaschinen-Kurbelgehäuse durchströmt.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der SU 9 96 738 bzw. dem zugehörigen Derwent-Abstract bekannt. Um nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine insbesondere die­ jenigen Teile der Brennkraftmaschine kurzfristig auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, die die Verbrennung in ihrer Charakteristik wesentlich beeinflussen, wird darin vorgeschlagen, zunächst nur den Brennkraftmaschinen- Zylinderkopf mittels einer externen Heizvorrichtung zu erwärmen. Erst wenn nach abgeschlossener Erwärmung eine Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, durch­ strömt der Wärmeträgerkreislauf auch das Brennkraft­ maschinen-Kurbelgehäuse.

Dieser Grundgedanke ist vom Prinzip her überzeugend, je­ doch sind weitere Verbesserungen möglich, die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zumindest bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine sowie bei Brenn­ kraftmaschinen-Stillstand der Ausgleichsbehälter und die Heizeinrichtung in Reihe zwischen Zylinderkopf und För­ dervorrichtung geschaltet sind, und daß der Ausgleichs­ behälter und der Kühler im wesentlichen geodätisch unter­ halb des Zylinderkopfes angeordnet sind.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann das Wärmeträger­ mittel nach Abstellen der betriebswarmen Brennkraft­ maschine aus dem Zylinderkopf abfließen und gelangt dabei bevorzugt in den Ausgleichsbehälter sowie in die Heizein­ richtung. Bei einer nachfolgenden Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine wird der Zylinderkopf wieder befüllt, wobei sofort in der Heizeinrichtung erwärmtes Wärmeträ­ germittel in den Zylinderkopf gelangt, das dort seine überschüssige Wärmemenge vollständig an den Zylinderkopf abgeben kann, ohne von bereits im Zylinderkopf befindli­ chem kalten Wärmeträgermittel abgekühlt zu werden. Die dem Wärmeträgermittel in der Heizeinrichtung zugeführte Wärmemenge steht somit vollständig für den Zylinderkopf zur Verfügung. Mit zunehmender Erwärmung der Brennkraft­ maschine hingegen wird auch das Kurbelgehäuse durch­ strömt, bis bei vollständig erwärmter Brennkraftmaschine der Wärmeträgerkreislauf wie üblich über den Kühler führt. Wie üblich, steht der Ausgleichsbehälter über eine Entlüftungsleitung beispielsweise mit dem höchsten Punkt des Kühlers in Verbindung, so daß sich dann wie üblich im Ausgleichsbehälter ein Druckpolster aufbauen kann. Selbstverständlich können auch den Wärmeträgerkreislauf entsprechend steuernde Ventile vorgesehen sein.

Energetisch vorteilhaft ist eine insbesondere als Latent- Wärmespeicher ausgebildete Heizeinrichtung. Diese Heiz­ einrichtung speichert die nach Abstellen der Brennkraft­ maschine im Wärmeträgerkreislauf noch vorhandene Energie bis zum nächsten Start der Brennkraftmaschine. Dabei kann analog der SU 9 96 738 das Wärmeträgermittel zur Aufheizung der Brennkraftmaschine mittels einer separaten, von einer brennkraftmaschinen-unabhängigen Energiequelle angetrie­ benen Fördervorrichtung umgewälzt werden, wobei dann die Erwärmung der Brennkraftmaschine auch vor deren Start er­ folgen kann. Es ist jedoch auch möglich, das Wärmeträger­ mittel mittels der üblichen Kühlmittelpumpe, d. h. mittels einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fördervorrichtung umzuwälzen. Druckseitig dieser Pumpe ist dann ein thermisch oder anderweitig (elektrisch, pneumatisch) gesteuertes Ventil zur Aufteilung des Wärmeträgerkreislaufes vorgesehen. Insbesondere wird der Wärmeträgerkreislauf mittels dieses Ventiles entweder in den Zylinderkopf oder in das Kurbelgehäuse eingeleitet, von wo aus er wie üblich auch in den Zylinderkopf ge­ langt.

Ein Prinzipschaltkreis zeigt ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung.
Eine Brennkraftmaschine 1 besitzt u. a. einen Zylinder­ kopf 1a sowie ein Kurbelgehäuse 1b. Durch die Brennkraft­ maschine läuft ein durch mit möglichen Pfeilrichtungen ergänzten Linien dargestellter Wärmeträgerkreislauf, in den u. a. ein Kühler 2, eine Heizeinrichtung 3, eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Fördervorrichtung 4, sowie ein Ausgleichsbehälter 5 eingebunden sind. Vorgese­ hen sind ferner ein eine Bypassleitung zum Kühler steu­ erndes Thermostatventil 6, ein druckseitig der Fördervor­ richtung 4 vorgesehenes, insbesondere thermisch gesteuer­ tes Ventil 7 zur Einleitung des Wärmeträgerkreislaufes in den Zylinderkopf 1a oder in das Kurbelgehäuse 1b, sowie eine den höchsten Punkt des Kühlers 2 mit dem höchsten Punkt des Ausgleichsbehälters 5 verbindende Entlüftungs­ leitung 8.

Der Ausgleichsbehälter 5 sowie der Kühler 2 sind im we­ sentlichen geodätisch unterhalb des Zylinderkopfes 1a der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Hierdurch läuft nach Abstellen der Brennkraftmaschine 1 das sich im Zylinder­ kopf 1a befindende Wärmeträgermittel aus dem Zylinderkopf in den Ausgleichsbehälter 5 sowie in die Heizeinrichtung 3. Diese ist als Latent-Wärmespeicher ausgebildet, so daß die im Wärmeträgermittel enthaltene Wärmemenge zu einem Großteil in der Heizeinrichtung 3 gespeichert wird.

Bei einem nachfolgenden Kaltstart der Brennkraftmaschine fördert die Fördervorrichtung 4 aus der Heizeinrichtung 3 bzw. aus dem Ausgleichsbehälter 5 und durch die Heizein­ richtung 3 Wärmeträgermittel in den Zylinderkopf 1a. Hierzu ist das Ventil 7 so geschaltet, daß kein Wärmeträ­ germittel in das Kurbelgehäuse 1b geleitet wird. Indem sich der Zylinderkopf 1a mit vorangegangenem Abstellen der Brennkraftmaschine völlig entleert hatte, kann das nunmehr in den Zylinderkopf gelangende erwärmte Wärmeträ­ germittel seine Wärmemenge nahezu vollständig an den Zy­ linderkopf abgeben. Dies ist einer guten Verbrennung in den im wesentlichen im Zylinderkopf liegenden Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 förderlich.

Nach Durchströmen des Zylinderkopfes gelangt das Wärme­ trägermittel wieder in den Ausgleichsbehälter 5, von die­ sem aus wiederum durch die Heizeinrichtung 3 und von da aus durch die Fördervorrichtung 4 wieder in den Zylinder­ kopf, so daß ein kleiner Kreislauf gebildet wird, der den Zylinderkopf intensivst erwärmt. In diesem Stadium ist das Thermostatventil 6 selbstverständlich völlig ge­ schlossen.

Nach einer weiteren Zeitdauer gibt das Ventil 7 der Weg auch zum Kurbelgehäuse 1b frei, so daß das sich in der Heizeinrichtung 3 erwärmende Wärmeträgermittel neben dem Zylinderkopf 1a auch das Kurbelgehäuse 1b erwärmt. Mit diesen Maßnahmen und aufgrund ihrer eigenen Wärmeentwick­ lung nähert sich die Brennkraftmaschine 1 ihrer Be­ triebstemperatur, so daß sich im weiteren ein Wärmeträgerkreislauf wie bei üblichen Brennkraftmaschinen einstellt. Das bedeutet, daß zunächst das Thermostatven­ til 6 einen Kurzschlußstrom zwischen Zylinderkopf 1a, Fördervorrichtung 4 und Kurbelgehäuse 1b herstellt. Hierzu gibt das Ventil 7 dem Wärmeträgermittel den Weg lediglich in das Kurbelgehäuse 1b frei. In der Brenn­ kraftmaschine selbst gelangt das Wärmeträgermittel, wie bekannt, vom Kurbelgehäuse 1b zum Zylinderkopf 1a.

Bei weiterer Temperaturerhöhung des Wärmeträgermittels öffnet schließlich das Thermostatventil 6 zum Kühler 2 hin, so daß das Wärmeträgermittel auch den Kühler 2 durchströmt und in diesem abgekühlt wird. In diesem Sta­ dium ist eine Entlüftung des Wärmeträgerkreislaufes er­ forderlich. Diese Entlüftung erfolgt wie bekannt über die vom Kühler 2 ausgehende und im Ausgleichsbehälter 5 mün­ dende Entlüftungsleitung 8.

Insgesamt führt der erfindungsgemäße Wärmeträgerkreislauf zu einer deutlich beschleunigten Erwärmung des Zylinder­ kopfes einer Brennkraftmaschine, so daß nach einem Kalt­ start der Brennkraftmaschine binnen kürzester Zeit eine optimale Verbrennung erfolgt, was unter den Aspekten ei­ ner geringen Umweltbelastung sowie eines niedrigen Res­ sourcenverbrauches besonders vorteilhaft ist. Möglich wird diese besonders kurzfristige Erwärmung des Zylinder­ kopfes durch die insbesondere als Latent-Wärmespeicher ausgebildete Heizeinrichtung 3, sowie durch das in der Aufwärmphase den Wärmeträgerkreislauf lediglich über den Zylinderkopf 1a leitende Ventil 7, und durch die Möglich­ keit des Entleerens des Zylinderkopfes nach Abstellen der Brennkraftmaschine 1. Selbstverständlich sind neben dem lediglich prinzipiell dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel auch andere Ausführungsformen möglich, die unter den Inhalt der Patentansprüche fallen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einem Wärmeträgerkreislauf, mit einem Kühler (2) und einer Heizeinrichtung (3), mit einer Fördervorrichtung (4) und einem Aus­ gleichsbehälter (5), wobei der Wärmeträgerkreislauf bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine (1) in der Heizeinrichtung (3) Wärme aufnimmt und zunächst im wesentlichen nur den Brennkraftmaschi­ nen-Zylinderkopf (1a) und erst nach dessen Erwärmung auch das Brennkraftmaschinen-Kurbelgehäuse (1b) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine (1) sowie bei Brennkraftmaschinen-Stillstand der Ausgleichsbehäl­ ter (5) und die Heizeinrichtung (3) in Reihe zwi­ schen Zylinderkopf (1a) und Fördervorrichtung (4) geschaltet sind, und daß der Ausgleichsbehälter (5) und der Kühler (2) im wesentlichen geodätisch unter­ halb des Zylinderkopfes (1a) angeordnet sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Druckseite der von der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen Fördervorrichtung (4) ein Ventil (7) zur Einleitung des Wärmeträgerkreislaufes in den Zylinderkopf (1a) und/oder in das Kurbelgehäuse (1b) vorgesehen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (3) als Wärmespeicher, insbesondere als Latent-Wärme­ speicher ausgebildet ist.